Proyecto final 2011Maquinas TrmicasSistema de generacin de energa para una planta empaquetadora de azcar

Procedimiento del ProyectoConstruccin de una cinta transportadoraMaquinas trmicas, calculo y seleccin del sistema de generacin de energa (Caldera y Turbina)Visita al ingenioInvestigacin sobre tipos de combustibles, ventajas y desventajas, combustinSeleccin del combustibleFuncionamiento de caldera y turbinaCalculo y seleccin de Caldera y Turbina

Proyecto Electromecnico III:Coordinacin del proyecto.

Instalaciones Mecnicas II:Clculo del dimensionamiento del bastidor de la cinta.

Instalaciones Mecnicas III:Clculo del dimensionamiento de la banda de la cinta transportadora.Eleccin de la banda correspondiente.Clculo del dimensionamiento de la transmisin del motorreductor.Eleccin del motorreductor correspondiente.

Instalaciones Elctricas II:Diseo y clculo de la red de alimentacin.Eleccin de los tableros general y de distribucin.Eleccin del generador elctrico.Mquinas Trmicas I:Eleccin de caldera para generacin de vapor.Eleccin de turbina para generacin de energa.

Taller de Mecnica III:Construccin del modelo de cinta transportadora.

Taller de Electricidad I:Construccin del tablero de distribucin para el funcionamiento del modelo de cinta transportadora.

Ingls VI:Traduccin del proyecto.

La generacin industrial de vapor es el proceso mediante el cual se produce vapor a presiones por encima de la atmosfrica, a partir de la energa de un combustible, o de energa elctrica. El combustible que utilizaremos ser gas natural ya que es de los combustibles ms econmicos pero tambin es el menos contaminante.Utilizaremos el vapor de agua generado por una caldera. La caldera es una mquina industrial que sirve para producir vapor, cuya presin se usa para mover una turbina u otras aplicaciones.

El vapor producido ser posteriormente utilizado en diferentes funciones de la fbrica, tales como aportacin de calor en procesos o movimiento de mquinas, en el caso nuestro, el vapor pasara a una turbina que transformara la energa cintica del vapor en energa mecnica.

Una turbina es un motor rotativo que convierte en energa mecnica la energa de una corriente de agua, vapor de agua o gas.

CALDERA VIESSMANNVITOMAX 200 LSMODELO M 233

VentajasBajo consumo de energa, rendimiento de la caldera: 92 %. Elevada calidad de vaporDe fcil mantenimiento, as como gran registro de limpieza Transmisin de calor segura y, as, alta fiabilidad y larga vida til. Es una caldera de tres pasos de humos Una baja carga de la cmara de combustin Combustin poco contaminante

Funcionamiento y partes de la calderaFunciona mediante la transferencia de calor, producida generalmente al quemarse un combustible, al agua contenidaCmara de combustin es el lugar donde se quema el combustible. Puede ser interior o exterior Cmara de agua es el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera.

Zona de tubos es donde los productos de la combustin (gases o humos) transfieren calor al agua principalmente por conveccin

Cmara de agua es el espacio que ocupa el agua en el interior de la caldera.

Cmara de vapor es el espacio ocupado por el vapor en el interior de la caldera

Conceptos de vaporA una presin determinada, comienza a producirse la vaporizacin de lquidos. Mientras esta dura su temperatura y su volumen permanece constante. Recin que se haya producido la vaporizacin total, continuara aumentado la temperatura y mientras dure el proceso tendremos una mezcla de agua y vapor llamado VAPOR HUMEDO.

TENSION DE VAPOR

Si colocamos una determinada cantidad de agua dentro del recipiente hermticamente cerrado, nos encontramos con que se va a vaporizar una parte del lquido y en este caso va a depender nicamente de la temperatura del fluido.

VAPORIZACION

Es el pasaje del estado lquido de un fluido al estado del vapor. La temperatura a la cual se produce este cambio de estado depende de la presin a la que se encuentra el fluido. Cuanto mayor resulte la presin mayor ser la temperatura a la cual se produce la VAPORIZACION.

Se calcula con

Donde: Q= cantidad en peso del evaporadoV= coeficiente de vaporizacin del liquido que se consideraS= superficie en la cual se produce la vaporizacinH= presin atmosfrica sobre el liquidoP= tensin del vapor saturado a la temperatura de vaporizacinp= tensin del vapor en el ambiente donde se produce la vaporizacin

Rendimiento de calderaPara obtener el rendimiento de la caldera, se procede a realizar un balance energtico.Teniendo en cuenta los parmetros de funcionamiento, se ha obtenido el rendimiento de las mismas mediante los siguientes clculos: (%)= 100 - PERDIDAS PERDIDAS = P1 + P2 + P3

P1: prdidas por calor sensible en los gases. Se calculan mediante la siguiente expresin:

Donde: K = 0.47 (por ser GAS NATURAL). Tg = temperatura de salida de gases de escape (C) Ta = temperatura ambiente (C). CO2+SO2 = contenido de stos en los gases de escape (%).

P2: prdidas por inquemados. Se calculan mediante la siguiente expresin:

Donde: [O2] = contenido en oxgeno de los gases de escape. [CO] = contenido monxido de carbono de los gases de escape (ppm). [CH] = contenido en hidrocarburos de los gases de escape (ppm). OP = opacidad de los gases de escape (%).

P3: otras prdidas. Corresponden a las prdidas en purgas de agua y a las debidas a la vaporizacin. Enfuncin de la carga a la que trabajan, se consideran aproximadamente en torno a un 3%-5%.

Calor necesario

Quemadores

Esta caldera utiliza quemadores a sobrepresinEn el caso de gas, el combustible se introduce mediante los inyectores Por el nmero de escalones de potencia que producen, se distinguen tres tipos de quemadores: DE UNA MARCHA DE VARIAS MARCHAS MODULANTES

Combustibles:

Concepto y seleccin

Cuando hablamos de combustibles nos referimos a cualquier materialde liberar energa cuando se cambia o transforma su estructura qumica

Hay varios tipos de combustibles Entre los combustibles fluidos, se encuentran losslidos como elgasleo, elquerosenoo lagasolina(onafta) y losgaseosos, como el gas naturalo losgases licuados de petrleo(GLP), representados por elpropanoy elbutano. Las gasolinas, gasleos y hasta los gases, se utilizan paramotores de combustin interna. Entre loscombustibles slidosse incluyen elcarbn, lamaderay laturba.

La Combustin:es una reaccinqumicaen la cual generalmente se desprende una gran cantidad de caloryluz.

En toda combustin existe un elemento que arde (combustible) y otro que produce la combustin (comburente), generalmenteoxgenoen forma de O2gaseoso.

En una reaccin completa todos los elementos tienen el mayor estado de oxidacin. Los productos que se forman son eldixido de carbono (CO2) y elagua, eldixido de azufre(SO2) (si el combustible contiene azufre) y pueden aparecerxidos de nitrgeno(NOx), dependiendo de la temperaturay la cantidad de oxgeno

Ecuacin QumicaDonde EC: Energa Calrica, EL: Energa Lumnica:

Tipo de combustible que utilizaUtiliza gas natural como combustibleReduce el impacto ambientalMejora la eficiencia energticaEs menos costoso que otros combustiblesSu arranque es mas rpido

Desventajas de otros combustiblesOtros tipos de combustibles como el carbn y el fuel-ol no se utilizan generalmentePor su alto costoSu bajo rendimientoSu alto grado de contaminacinY por su arranque lento

Contaminacin de combustiblesCONTAMINACION DEBIDA AL CARBONOProduce CO, gas txico que en concentraciones elevadas puede provocar incluso la muerte, por lo que se debe evitar al mximo.CONTAMINACION DEBIDA AL AZUFRE Puede producir SO3, este en contacto con el agua de la combustin o de la atmsfera puede dar lugar a cido sulfrico CONTAMINACIN DEBIDA AL NITROGENOProduce NO2 que destruye de la capa de ozono de forma importante

Agua de alimentacinEl agua obtenida de ros, pozos y lagos es denominada agua bruta y no debe utilizarse directamente en una caldera.El agua para calderas debe ser tratada qumicamente mediante procesos de descarbonatacin o ablandamiento

REQUISITOS DEL AGUA DE ALIMENTACINNo ser corrosiva.No depositar incrustaciones.No formar espuma.

Efectos del agua de alimentacin sin tratarCorrosin Desgaste generalizado o desgaste localizadoSales Pueden ser solubles o insolublesDepsitos Pueden ser blandos o duros Son muy adherentes y se eliminan solo con qumicosEspuma Arrastra agua en el vapor

Formas de prevenir estos efectosCorrosinAgentes qumicos para corregir el PH y absorber el oxgenoIncrustacionesAgentes qumicosMtodo de ablandamiento o purgasEspumaEvitar extracciones bruscas de vaporDisminuir elementos slidos en suspensin

Fallas en calderasFallas en el arranque

Por bajo nivel de agua

Fallas en el sistema de energa

Voltajes altos o bajos

Fusibles o arrancadores defectuosos

Fallas en los materiales

Por corrosin

Por sobrecalentamiento

Por soldadura y contraccin

Por implosin y explosin

Mano de obraMedidas de prevencin para el (operador) 1 Observacin de la calderas (operador)2 Chequeo de el funcionamiento3 Prohibido dejar sin funcionar o bloquear. De sistema y nivel del agua

Obligaciones del operador de turnoAccionar vlvulas de seguridadAccionar grficos de pruebasRealizar anlisis qumicoDosificar productos qumicosEliminar accesos de aire

Cada turno de trabajo Conocimiento del estado de caderasConocimientos del turno anteriorProbar funcionamientos de alarmas Inspeccin ocular Comprobacin de valores en la planilla diaria

Una vez a la semanaPrueba de vlvulas de seguridad.Una vez cada 6 meses Inspeccin ocular Inspeccin de cmara de aire Una vez al ao Calibracin de elementos de controlInspeccin y limpieza de elementos Inspeccin de gas Acondicionamiento de equipos auxiliares Prueba hidrulica

INSTITUTO TECNICO AGUILARESUNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMANTURBINAS DE VAPOR

TURBINA DE VAPOR SIEMENS ST-060DATOS TECNICOSPotencia de salida hasta 6 MW Presin de entrada hasta 131 bar. Entrada de la temperatura del vapor saturado seco 530 CVelocidad de acuerdo a la mquina de trabajo La presin de escape Hasta 29 bar.

La empresa fue fundada el 12 de octubre de 1847, en Berln por Werner von Siemens y Johann Georg Halske, bajo el nombre de Telegraphen-Bauanstalt von Siemens & Halske.Luego se construy Siemensstadt, un barrio para los empleadosDurante el transcurso del tiempo se fundaron, Siemens-Schuckertwerke, Osram GmbH, Siemens & Halske y en 1932 se fund Siemens-Reiniger-Werke AG, que se dedicaba a la medicina.A partir de 1966 se conoce como Siemens AG, que fue la unin de Siemens & Halske, Siemens-Reiniger-Werke y Siemens-Schuckertwerke. Bajo el mandato del nieto de Werner.

Servicio de SIEMENS PARA la Turbina de Vapor

Temas de capacitacin pueden incluir:

Funcin: funciones de la mquina Diseo de la mquina / concepcin modular: carcasas, rotores, sellos interiores y exteriores Apalancamiento: diseo de engranajes STE Sistema de aceite: diseo y funcionalidad Rodamientos: rodamientos radiales y axiales, las autorizaciones Sistema: diagrama P & I, el plan de bloqueo Seguridad: Los dispositivos de monitorizacin de la presin, la temperatura, las vibraciones El control de la mquina, el tipo de sistema de control Alineacin: alineacin de las mquinas, errores de alineacin Mantenimiento: aspectos bsicos, reparacin, revisin

En la formacin tcnica puede adquirir, repasar y actualizar los conocimientos de las mquinas turbo y aprender sobre tecnologas de ltima generacin.Los cursos varan en duracin de dos a cuatro das, dependiendo del tema elegido y el tipo de mquina y por lo general, Siemens puede trabajar con el cliente para adaptar la formacin.

Quin es elegible para la capacitacin?

Los gerentes de proyecto Personal de operacin Personal de mantenimiento

DEFINICION Y FUNCIONAMIENTO

Una turbina de vapor es una turbo mquina que transforma la energa de un flujo de vapor en energa mecnica. Este vapor se genera en una caldera, de la que sale en unas condiciones de elevada temperatura y presin.

Al pasar por las toberas de la turbina, se reduce la presin del vapor (se expande) aumentando as su velocidad. Este vapor a alta velocidad es el que hace que los labes mviles de la turbina giren alrededor de su eje al incidir sobre los mismos. Por lo general una turbina de vapor posee ms de un conjunto tobera-labe (o etapa), para aumentar la velocidad del vapor de manera gradual.si sta se convierte en energa cintica en un nmero muy reducido de etapas, la velocidad perifrica o tangencial de los discos puede llegar a producir fuerzas centrfugas muy grandes causando fallas en la unidad.

RENDIMIENTO DE LA TURBINA DE VAPOREl rendimiento o eficiencia de una turbina se define como el cociente entre la energa producida por la misma y la energa disponible.La eficiencia de una turbina esta influenciada principalmente por las prdidas de fluidos debido a las fugas y otros factores, adems de los efectos de friccin que se presentan en el interior de la misma, producidos por el contacto entre el fluido y las partes mviles.

GENERACION DE ELECTRICIDADLas turbinas de vapor se emplean principalmente en las centrales elctricas de generacin de energa elctrica, cuyos componentes principales son:

Caldera: su funcin es la de generar el vapor necesario para el funcionamiento de la turbina.

Turbina: es la encargada de utilizar la energa del vapor de la caldera y transformarla en trabajo til para mover un generador elctrico.

Condensador: se emplea para condensar el vapor que sale de la turbina.

Bomba: usada para alimentar la caldera con el agua que proviene del condensador.

PARTES DE UNA TURBINA

la parte giratoria- el rotor que est formado por ruedas de labes unidas al eje.

La parte estacionaria- el estator, est formado por labes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina.

Toberas. El vapor es alimentado a la turbina a travs de estos elementos. Su labor es conseguir una correcta distribucin del vapor entrante/saliente al/desde el interior de la turbina

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA

El principio de funcionamiento de las turbinas de vapor tiene su fundamento en el ciclo termodinmico conocido como ciclo rankine a fin del cual el fluido de trabajo retoma a su estado y composicin inicial.

Ciclo de potencia (ciclo de Clausius Rankine)

A mayor presin y temperatura del vapor, mayor es la eficiencia termodinmica.Se aade un recalentamiento de vapor entre etapas de la turbinas para lograr una eficiencia aun mayor.En diagrama temperatura entalpia se puede observar las ganancias de calor hpicas en trminos porcentuales (sobre el calor total entregado al sistema agua-vapor).

1-2 proceso de bombeo adiabatico y reversible2-3 transferencias de calor al fluido de trabajo en una caldera a presin constante3-4 expansin adiabatica y reversible del fluido en la turbina4-5 transferencias de calor desde el fluido de trabajo a presin constante en el condensador

Tipos de turbinas de vapor La clasificacin de las turbinas de vapor puede hacerse segn la forma del flujo de vapor (reaccin o accin), segn el nmero de etapas (multietapa o monoetapa), segn la direccin del flujo de vapor (axiales o radiales), y por ltimo por la presin de salida del vapor (contrapresin, escape libre o condensacin).

Turbina de vapor de reaccin:En la turbina de reaccin la energa mecnica se obtiene de la aceleracin del vapor en expansin. Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, unas mviles y las otras fijas. En la turbina de reaccin se produce un escalonamiento de velocidad. Este consiste en producir una gran cada de presin en un grupo de toberas y utilizar la velocidad resultante del vapor para que entre en un segundo rodete.

Turbina de vapor de accin:Una turbina de vapor de accin consta fundamentalmente de: Un distribuidor fijo: compuesto por una o varias toberas, cuya misin es transformar la energa trmica del vapor total en energa cintica.

Una corona mvil, cuyos labes tienen por objeto transformar en energa mecnica la energa cintica puesta a su disposicin. Impulsan el vapor a travs de las toberas fijas hasta alcanzar las palas. Las turbinas de accin tienen varias etapas, en las que la presin va disminuyendo de forma escalonada.

Turbinas mono etapa: Se utilizan en las turbinas hasta 2 MW de potencia, son robustas, seguras y menos costosasTurbina multietapa: El objetivo es disminuir la velocidad de rodete CONCERVANDO LA VELOCIDAD DE LOS ALABES. Su rendimiento es mejor que la mono etapa Turbina de flujo axial: El paso de vapor se realiza siguiendo un cono que tiene el mismo eje que turbina.Turbina de flujo radial: El paso de vapor se realiza siguiendo todas las direcciones perpendiculares al eje de la turbina.

Turbia con extraccin de vapor: Se realiza en etapas de alta presin, parte del vapor vuelve a la caldera.

Turbinas de contrapresin: La presin del vapor de la turbina es superior a la atmosfera. Permite el aprovechamiento posterior

Turbinas de condensacin: El vapor sale a una presin inferior la atmosfera. Se utiliza en las turbinas de gran potencia

NIVEL DE VIBRACIONESDESPLAZAMIENTO EXCESIVO DEL ROTOR POR MAL ESTADO DEL COJINETE DE EMPUJE O AXIAL FALLOS DIVERSOS DE LA INSTRUMENTACIN VIBRACIN EN REDUCTOR O ALTERNADOR FUGA DE VAPOR FUNCIONAMIENTO INCORRECTO DE LA VLVULA DE CONTROL DIFICULTAD O IMPOSIBILIDAD DE LA SINCRONIZACIN BLOQUEO DEL ROTOR POR CURVATURA DEL EJE GRIPAJE DEL ROTOR Tareas de mantenimiento de carcter mensualMuestra de aceite para anlisis Purga de agua del aceite

Principales averas

Mantenimiento QuincenalInspeccin de fugas de aceite Limpieza de aceiteComprobacin del nivel de aceite Inspeccin de fugas de vapor Inspeccin de fugas de agua de refrigeracin Lectura de vibraciones Purga de agua del aceite de lubricacin

Revisin anualAnlisis del espectro de vibracinInspeccin boroscpica de labesCambio de aceiteCambio de filtros de aceiteApertura de cojinetes y comprobacin del estadoInspeccin de la vlvula de regulacin de turbinaInspeccin del grupo hidrulicoInspeccin del sistema de eliminacin de vahosPrueba de potencia